01Čo je to
P21, v literatúre označovaný P021, je krátky peptid Ac-DGGL(A)G-NH2, v ktorom (A) označuje adamantánovú skupinu na glycíne; podľa záznamu PubChem má sumárny vzorec C27H42N6O8 a molekulovú hmotnosť 578,7. Autori ho opisujú ako tetrapeptid odvodený epitopovým mapovaním z najaktívnejšej oblasti ľudského ciliárneho neurotrofického faktora (CNTF, zvyšky 148–151), ku ktorému na C-konci pridali adamantylovaný glycín, aby lepšie prechádzal hematoencefalickou bariérou a odolával rozkladu karboxypeptidázami. Vznikol skrátením neurogénneho 11-meru Ac-VGDGGLFEKKL-NH2 (Peptide 6) z tej istej oblasti CNTF.
Molekulu navrhlo a vyvinulo laboratórium Khalida Iqbala v New York State Institute for Basic Research in Developmental Disabilities ako liečivú obdobu neurotrofických faktorov, ktoré samy do mozgu neprechádzajú. Adamantánová skupina dala peptidu vlastnosti, ktoré umožňujú podávanie ústami: v umelej žalúdočnej tekutine si zachováva nad 95 % stability počas 30 minút, v črevnej tekutine približne 100 % počas 120 minút, v plazme vyše 3 hodín, a prechádza hematoencefalickou bariérou. V zvieracích prácach sa preto podáva v krmive. P021 nie je registrovaný liek a v klinickej štúdii sa neskúmal.
02Mechanizmus účinku
P021 pôsobí na dráhu neurotrofických faktorov z dvoch strán. Pôvodný 11-mer Peptide 6 kompetitívne tlmí signalizáciu faktora LIF, ktorý v mozgu obmedzuje tvorbu nových neurónov, a samotný P021 zvyšuje expresiu neurotrofického faktora BDNF; prehľad autorov molekuly uvádza oba kroky ako mechanizmus, ktorým peptidy tejto rodiny zvyšujú tvorbu a zrenie nervových progenitorových buniek.
Z vyššej hladiny BDNF vyplýva zvyšok kaskády. U myší Ts65Dn, modelu Downovho syndrómu, zvýšil P021 hladinu BDNF a fosforylovaného faktora CREB a znížil aktivitu kinázy GSK3β, a to u trojtýždňových aj približne sedemmesačných zvierat; u myší 3xTg-AD autori zníženie aktivity GSK3β pripisujú práve zvýšenej expresii BDNF. Kináza GSK3β je hlavná kináza, ktorá fosforyluje bielkovinu tau, takže tento krok prepája neurotrofickú signalizáciu s tau patológiou.
Druhým meraným výstupom je neurogenéza. U normálnych dospelých myší C57BL/6 zvýšil P021 tvorbu nových neurónov a ich zrenie v granulárnej vrstve a subgranulárnej zóne gyrus dentatus hipokampu, teda v oblasti, kde nové neuróny vznikajú aj v dospelosti. V bunkovom modeli deficitu CDKL5 (ľudské bunky SH-CDKL5-KO) obnovil proliferáciu, prežívanie a zrenie neurónov aj zmeny v signalizácii GSK3β.
03Účinky
U normálnych dospelých myší C57BL/6 zlepšilo podávanie P021 mimo mozgu učenie aj krátkodobú a priestorovú referenčnú pamäť a súčasne zvýšilo neurogenézu a zrenie novovzniknutých neurónov v gyrus dentatus. Toto bola prvá práca o molekule a týka sa zdravých zvierat, nie modelu choroby.
U starých potkanov Fisher vo veku 22 až 24 mesiacov zmiernilo chronické podávanie P021 ústami vekom podmienený pokles učenia a pamäti, potlačilo deficit neurogenézy, zvýšilo expresiu BDNF a upravilo synaptické ukazovatele. U starých potkanov tej istej línie znížilo chronické podávanie ústami aj celkovú hladinu tau v mozgu a zvýšené hladiny tau a Aβ/AβPP v mozgovomiechovom moku.
V transgénnom myšacom modeli Alzheimerovej choroby 3xTg-AD sa P021 skúmal v troch časových scenároch. Pri začatí v 9. až 10. mesiaci veku a 12-mesačnom podávaní v krmive ubudlo nadmernej fosforylácie a hromadenia bielkoviny tau na hlavných miestach neurofibrilárnej patológie, znížila sa hladina rozpustného Aβ a objavil sa trend k menšiemu množstvu plakov v oblasti CA1 hipokampu, čo zodpovedá nižšej tvorbe Aβ, a nie jeho zvýšenému odsunu; zároveň sa upravila kognícia, neurogenéza a synaptická plasticita. Pri začatí v 3. mesiaci veku, teda 6 až 9 mesiacov pred objavením sa patológie, a podávaní do 21. mesiaca sa predišlo neurodegenerácii aj Aβ a tau patológii, upravila sa epizodická pamäť v teste rozpoznávania nového predmetu a výrazne sa znížila úmrtnosť zvierat; v tom istom scenári ustúpili dendritické a synaptické deficity, stúpla neurogenéza a porucha kognície sa upravila.
Tretím scenárom bolo podávanie počas vývoja mozgu. U myší 3xTg-AD, ktoré peptid dostávali v krmive od 8. prenatálneho dňa do 21. postnatálneho dňa, sa predišlo alzheimerovskému správaniu aj patológii, a podávanie v ranom postnatálnom období predišlo poruche správania a synaptickej dysfunkcii. U myší Ts65Dn, modelu Downovho syndrómu, prenatálne až rané postnatálne podávanie upravilo vývojové zaostávanie mláďat a v dospelosti poruchu pamäti závislú od hipokampu a predišlo deficitu presynaptických bielkovín.
Mimo pamäti sa skúmala sietnica. U starých potkanov po 3 mesiacoch a u myší 3xTg-AD po 18 mesiacoch podávania ubudlo zmien podobných vekom podmienenej degenerácii makuly: degenerácie fotoreceptorov, lipofuscínových granúl, vakuol a atrofie pigmentového epitelu sietnice, zhrubnutia Bruchovej membrány aj mikrogliózy a astrogliózy v jednotlivých vrstvách sietnice.
Výsledky sú modelovo špecifické. U myší s vyradeným génom Cdkl5, modelu deficitu CDKL5, chronické podávanie P021 ústami hladinu BDNF nezvýšilo ani neurovývojové odchýlky v mozgu neupravilo a prínos v správaní bol obmedzený, hoci v bunkovom modeli toho istého ochorenia molekula proliferáciu, prežívanie a zrenie neurónov obnovila; autori preto v závere uvádzajú ako ďalší krok prenatálne začatie liečby alebo jej dlhšie trvanie.
04Dávkovanie
Pre určenie dávky u ľudí neexistuje klinická štúdia ani iný podklad; dávky zo zvieracích štúdií sa na človeka neprepočítavajú.
Jednotky
- nmol
- nanomol; množstvo látky vyjadrené počtom molekúl, nie hmotnosťou
Skúmané dávky
Myši 3xTg-AD, podávanie od 9.–10. mesiaca veku
tau a Aβ patológia, kognícia, neurogenéza a synaptická plasticita
60 nmol na gram krmiva
- Podanie
- perorálne, v krmive
- Trvanie
- 12 mesiacov
Zdroj Kazim a kol. 2014 ↗
Myši 3xTg-AD, podávanie od 3. mesiaca veku
prevencia neurodegenerácie, dendritických a synaptických deficitov a poruchy pamäti
60 nmol na gram krmiva
- Podanie
- perorálne, v krmive
- Trvanie
- do 21. mesiaca veku
Autori uvádzajú priemernú spotrebu približne 2,7 g krmiva na myš a deň.
Myši 3xTg-AD, prenatálne a rané postnatálne podávanie
prevencia alzheimerovského správania a patológie
60 nmol na gram krmiva
- Podanie
- perorálne, v krmive matky a potom mláďat
- Trvanie
- od 8. prenatálneho do 21. postnatálneho dňa
Zdroj Wei a kol. 2020 ↗
Myši s vyradeným génom Cdkl5
neurovývojové odchýlky a správanie
60 nmol na gram krmiva
- Podanie
- perorálne, v krmive
- Trvanie
- 70 dní od 21. postnatálneho dňa
Zdroj Mottolese a kol. 2024 ↗
Staré potkany Fisher vo veku 22–24 mesiacov
učenie, pamäť, neurogenéza a hladina tau
60 nmol na gram krmiva
- Podanie
- perorálne, v krmive
- Trvanie
- 3 mesiace
Prehľad dávok z registrácií, klinickej praxe a štúdií; pri každej je uvedený zdroj. Slúži na vzdelávanie, nie ako individuálny protokol.
05Riziká a súvislosti
P021 sa u ľudí neskúmal: nemá registráciu ani klinickú štúdiu a údaje pochádzajú z buniek, z myší a z potkanov. Najdlhšie publikované podávanie trvalo 18 mesiacov u myší a 3 mesiace u potkanov.
Bezpečnosť a dlhodobé účinky u ľudí nie sú charakterizované a k tejto molekule nie je publikovaná ani štúdia bezpečnosti, ani štúdia imunogenicity. Čo je o znášanlivosti doložené, pochádza zo zvieracích prác: v nich sa peptid podával v krmive myšiam 3xTg-AD od 3. mesiaca do 21. mesiaca veku a 12 mesiacov od 9. až 10. mesiaca veku, potkanom 3 mesiace a myšiam s deficitom CDKL5 70 dní, pričom autori sledovali spotrebu krmiva a hmotnosť zvierat počas celého podávania. V preventívnom scenári u myší 3xTg-AD bola úmrtnosť liečených zvierat výrazne nižšia než u neliečených.
Pri posudzovaní peptidu sú podstatné dve vlastnosti samotnej molekuly. Prvou je to, že zvyšuje expresiu BDNF, teda rastového faktora: jeho účinky nie sú tkanivovo selektívne, a práve preto autori merajú neurogenézu a zrenie neurónov ako cielený výstup a zároveň kontrolujú hmotnosť a stav zvierat. Druhou je adamantánová skupina, ktorá peptidu dáva stabilitu v žalúdočnej a črevnej tekutine a prechod do mozgu; tie isté vlastnosti znamenajú, že molekula sa v tele rozkladá pomalšie než bežný krátky peptid.
Dávkovanie v zvieracích prácach je dané koncentráciou v krmive (60 nmol na gram krmiva), nie hmotnosťou zvieraťa; autori k tomu uvádzajú priemernú spotrebu približne 2,7 g krmiva na myš a deň, a tieto údaje zostávajú zvieracími dávkami bez prepočtu na človeka.
06Ako zapadá do celku
P021 patrí do skupiny malých molekúl, ktoré napodobňujú neurotrofické faktory. Prehľad autorov molekuly z roku 2016 túto skupinu zhrnul: samotné neurotrofické faktory sú pre liečbu ochorení mozgu nepraktické, pretože neprechádzajú hematoencefalickou bariérou, majú krátky polčas a pri podávaní vyvolávajú nežiaduce účinky, a preto sa z ich aktívnych oblastí odvodzujú krátke peptidy a malé molekuly. P021 je v tejto skupine príkladom peptidu odvodeného od CNTF, ktorý sa podáva ústami.
V archíve stojí vedľa molekúl, ktoré do neuroplasticity vstupujú z iného miesta: trans-ISRIB zasahuje začiatok translácie, zatiaľ čo P021 pôsobí na signalizáciu neurotrofických faktorov nad ňou. Rodinu neurotrofických prístupov v archíve dopĺňajú peptidové a bielkovinové prípravky, no žiadna práca citovaná na tejto stránke ich neporovnáva, takže stránka o ich vzájomnej sile netvrdí nič.
Štúdie a zdroje
- Neurotrophic peptides incorporating adamantane improve learning and memory, promote neurogenesis and synaptic plasticity in mice. ↗First report of the compound: the peptidergic compound Ac-DGGLAG-NH2, called P21, administered peripherally enhanced learning and both short-term and spatial reference memory of normal adult C57BL/6 mice and induced neurogenesis and maturation of newly born neurons in the granular cell layer and subgranular zone of the dentate gyrus.
- Rescue of cognitive-aging by administration of a neurogenic and/or neurotrophic compound. ↗Chronic oral administration of P021 in 22-24-month-old Fisher rats significantly reduced the age-dependent decline in learning and memory, inhibited the neurogenesis deficit, increased brain-derived neurotrophic factor expression and restored synaptic deficits.
- Disease modifying effect of chronic oral treatment with a neurotrophic peptidergic compound in a triple transgenic mouse model of Alzheimer's disease. ↗3xTg-AD and wild-type female mice treated for 12 months with P021 (Ac-DGGL(A)G-NH2) or vehicle diet from 9-10 months of age: significant reduction of abnormal tau hyperphosphorylation and accumulation at major neurofibrillary pathology sites, a significant decrease in soluble amyloid-beta and a trend towards a lower plaque load in hippocampal CA1 consistent with reduced generation and not clearance, probably through increased BDNF expression and the resulting decrease in GSK3beta activity, plus rescue of cognition, neurogenesis and synaptic plasticity.
- Elevated Tau Level in Aged Rat Cerebrospinal Fluid Reduced by Treatment with a Neurotrophic Compound. ↗P021 (DGGLAG) is blood-brain barrier permeable; chronic oral treatment reduced the brain level of total tau in aged Fisher rats and reduced the elevated cerebrospinal-fluid levels of tau and of amyloid-beta/AbetaPP in the same animals.
- Early neurotrophic pharmacotherapy rescues developmental delay and Alzheimer's-like memory deficits in the Ts65Dn mouse model of Down syndrome. ↗Prenatal to early postnatal treatment with P021 rescued developmental delay in Ts65Dn pups and the Alzheimer-like hippocampus-dependent memory impairment in adult life, prevented a pre-synaptic protein deficit, decreased GSK3beta activity and increased BDNF and phosphorylated CREB in both 3-week-old and about 7-month-old mice; body weight of pups was recorded daily to postnatal day 21 and of adults monthly (full text).
- Prevention of Amyloid-β and Tau Pathologies, Associated Neurodegeneration, and Cognitive Deficit by Early Treatment with a Neurotrophic Compound. ↗Continuous P021 treatment started in 3-month-old female 3xTg-AD mice during the period of synaptic compensation and followed at 9, 15 and 18 months post-treatment prevented neurodegeneration (Fluoro-Jade C), amyloid-beta and tau pathologies, rescued episodic memory in the novel object recognition task at 16-17 months post-treatment and markedly reduced the mortality rate.
- Prevention of dendritic and synaptic deficits and cognitive impairment with a neurotrophic compound. ↗P021 in the diet from 3 months, 6-9 months before any overt pathology, continued to 21 months in 3xTg-AD mice with vehicle-diet transgenic and wild-type controls: rescued dendritic and synaptic deficits, boosted neurogenesis and reversed cognitive impairment. Methods section (full text): P021 is a pentapeptide Ac-DGGL(A)G-NH2 of molecular weight 578.3 made by adding adamantylated glycine to the C-terminus of the CNTF tetrapeptide (residues 148-151) to increase blood-brain barrier permeability and reduce degradation by carboxypeptidases; over 95 % stability in artificial gastric juice over 30 min, about 100 % in intestinal fluid over 120 min, plasma stability over 3 h; diet concentration 60 nmol/g feed, average food consumption about 2.7 g feed/day, food consumption recorded every two weeks and body weight monthly.
- Inhibition of AMD-Like Pathology With a Neurotrophic Compound in Aged Rats and 3xTg-AD Mice. ↗Age-associated macular degeneration-like pathology in aged rats and 3xTg-AD mice - photoreceptor degeneration, lipofuscin granules, vacuoles and retinal pigment epithelium atrophy, Bruch's membrane thickening, microgliosis and astrogliosis, with tau, phosphorylated tau, amyloid-beta/APP and VEGF in the sub-retina - was reduced by chronic P021 treatment for 3 months in rats and 18 months in mice.
- Prenatal to early postnatal neurotrophic treatment prevents Alzheimer-like behavior and pathology in mice. ↗3xTg-AD and control wild-type mice treated orally with a P021 (Ac-DGGLAG-NH2) diet from prenatal day 8 to postnatal day 21, at 60 nmol peptide per gram of formulated diet, then kept on standard chow: prevented Alzheimer-like behaviour and pathology (full text for the treatment window and the diet concentration).
- Neurotrophic Treatment Initiated During Early Postnatal Development Prevents the Alzheimer-Like Behavior and Synaptic Dysfunction. ↗Treatment during early development with the CNTF-derived compound P021 (Ac-DGGLAG-NH2) in the 3xTg-AD mouse model and genetic background controls: prevented the Alzheimer-like behaviour and the synaptic dysfunction.
- Effects of a ciliary neurotrophic factor (CNTF) small-molecule peptide mimetic in an in vitro and in vivo model of CDKL5 deficiency disorder. ↗P021 restored neuronal proliferation, survival and maturation deficits and the GSK3beta signalling alterations in SH-CDKL5-KO cells, while chronic in vivo treatment of Cdkl5 knockout mice (60 nmol/g formulated diet for 70 days from postnatal day 21, about 2.7 g diet per mouse per day, body weight monitored every eight days) did not increase BDNF levels and did not improve the neuroanatomical defects, with limited behavioural benefit; the authors ask whether prenatal initiation or longer treatment would be needed (full text).
- Neurotrophic factor small-molecule mimetics mediated neuroregeneration and synaptic repair: emerging therapeutic modality for Alzheimer's disease. ↗Review of neurotrophic factor small-molecule mimetics: neurotrophic factors themselves are impractical as drugs because they do not cross the blood-brain barrier, have a short half-life and cause adverse effects, so short peptides and small molecules are derived from their active regions. It documents the lineage of this compound - from the neurogenic 11-mer Ac-VGDGGLFEKKL-NH2 (Peptide 6) a truncated, still neurogenic pentamer with an adamantylated glycine group, Ac-DGGLAG-NH2 (P021), was designed - and the two mechanisms: Peptide 6 competitively inhibits LIF signalling and P021 increases BDNF expression (full text).
- Alzheimer's Disease: Challenges and a Therapeutic Opportunity to Treat It with a Neurotrophic Compound. ↗Review by the compound's authors summarising the P021 programme: enhanced learning and short-term and spatial reference memory in normal adult C57BL/6 mice, and a disease-modifying effect in 3xTg-AD mice treated for 12 months at 60 nmol/g feed from 9-10 months of age with reduced amyloid-beta generation and rescued synaptic and neurogenesis deficits (full text).
- P021 — PubChem compound record, CID 56599151 ((3S)-3-acetamido-4-[[2-[[2-[[(2S)-1-[(3-carbamoyl-1-adamantyl)amino]-4-methyl-1-oxopentan-2-yl]amino]-2-oxoethyl]amino]-2-oxoethyl]amino]-4-oxobutanoic acid) ↗Identity: molecular formula C27H42N6O8, molecular weight 578.7; the IUPAC name describes the acetylated Asp-Gly-Gly-Leu chain closed by an adamantane carboxamide, which is the structure the papers write as Ac-DGGL(A)G-NH2.